复分解法生产硝酸钾工艺研究

张建策

(岳阳师范学院化学化工系　湖南省　岳阳市　414000)

摘　要:　本文简述了复分解四步循环法与复分解三步循环法生产硝酸钾原理。通过理论与实践分析,确定了三步循环法生产硝酸钾的工艺条件,同时确证三步循环法是较好的生产工艺方法。

关键词:　硝酸钾;复分解法;四步循环法;三步循环法;工艺条件

中图分类号:T Q13111+3　文献标识码:A 文章编号:1001-2214(2002)04-0012-03

Study on the Production T echnology of P otassium

Nitrate with D ouble Decom position Reaction

Zhang Jiance

Abstract :　The principle of potassium nitrate production with double decomposition reaction ,in four -step circulation and three -step circulation is introduced in the paper.According to the analysis of the theorg and practice ,the technological factors of three -step circulation were con firmed.And it proved that the three -step circulation is the best way.

K ey w ords :　P otassium nitrate ;D ouble decomposition ;F our -step circulation ;Three -step circu 2lation ;T echnological conditions

收稿日期:2001-12-03

作者简介:张建策,男,1965年生。毕业于北京师范大学化学专业。讲师,现主要从事物理化学教学与科研工作。

1　前言用硝酸铵或硝酸钠与氯化钾复分解生产硝酸钾

工艺在我国已有十多年的工业实践。由于此法原料廉价易得,工艺流程简单,产品质量较高,工业上已

广泛采用。由于有关K +,NH +4 Cl -,NO -3—H 2O 体系基本相图资料很不够,各生产企业技术水平不

高,选择的工艺及工艺条件有较大的差异,使得消耗与产品质量差别也大。部分企业甚至存在严重的产品质量问题,消耗偏高。为了进一步完善复分解法生产硝酸钾工艺,我们根据已有的相图,结合生产实践与试验,确定了合理的工艺方法及工艺条件。2　相图分析与工艺选择

硝酸铵和氯化钾复分解反应生产硝酸钾并副产

氯化铵的理论依据是K +,NH +4//Cl -,NO -3—H 2O 四元水盐体系相图数据。图1为系统的溶解度多温

图。由图可知该系统有K Cl 、NH 4NO 3、K NO 3及NH 4Cl 四个结晶区。每两个结晶区的分界线表示与2种盐处于平衡时饱和溶液的组成,这些分界线的

交点E 及F 表示该点的饱和溶液与3种盐平衡。图

中K Cl 与NH 4NO 3结晶区彼此不相连接,表明K Cl 与NH 4NO 3为不稳定盐对,而K NO 3与NH 4Cl 结晶区沿EF 线相连,表明K NO 3与NH 4Cl 为稳定盐对。随着温度的降低,K NO 3的结晶区急剧增大,溶解度降低,而NH 4Cl 的结晶区除了100℃较小外,随着温度的降低不太明显。因此,从理论上讲,完全可以利用温度变化,完成系统循环,并得到所需产品。

分析相图后可知:用NH 4NO 3与K Cl 制取K NO 3

可采用四步循环法与三步循环法两种方法。

四步循环法工艺流程相图如图2所示,选择配料点为交互盐对K Cl —NH 4NO 3和NH 4Cl —K NO 3的干盐图上的对角线交点A ,这样等摩尔配比K Cl 与NH 4NO 3可以使K NO 3结晶量最大。将溶液A 冷却

到20℃,析出K NO 3晶体,剩下溶液B ,再给溶液B 补充加入NH 4NO 3使系统组成点B 沿干盐图上向NH 4NO 3方向移动,将其引入60℃NH 4Cl 结晶区的溶

液组成点C ,溶液在60℃条件下蒸发浓缩,析出NH 4Cl ,并剩下溶液D ,D 点落在NH 4NO 3—K Cl 对角

1 海湖盐与化工第31卷第4期

图1　K Cl -NH 4NO 3ΖK NO 3+NH 4Cl

系统的溶解度多温图

线上,剩下的溶液D 加入H 2O 和K Cl ,使系统恢复到A 点组成,完成一次循环,再进行下一轮重复操作。

图2　四步循环法工艺流程相图

三步循环法工艺流程相图如图3所示。沿着盐对K Cl —NH 4NO 3对角线进行不等量的配盐,使系统的组成点落在干盐图上的A 点,加水量应与0℃时K NO 3与NH 4Cl 共饱和线上B

点的饱和溶液中的水量大致相当,溶盐温度为60℃以上,将溶液A 冷却到0℃,此时析出K NO 3并剩下溶液B ,再将溶液B 在60℃条件下蒸发浓缩,

析出NH 4Cl ,并剩下溶液C ,组成点C 应使其落在NH 4NO 3—K Cl 对角线上,对

溶液C 加入K Cl 与NH 4NO 3及H 2O ,重新获得溶液A 。以后重复操作。

分析比较上述两种方法,可以看出:

(1)三步循环法减少了一个加料操作步骤,使工艺操作控制更简单,这对实现工业装置大规模连续化生产是十分有利的。

(2)图4为系统在25℃时的等水线相图,由等水

图3　三步循环法工艺流程相图

线可以看出,当配料点沿K Cl —NH 4NO 3对角线向下方移动时,等水线数值由大变小,说明饱和溶液的含水量随NH 4NO 3的含量增加而降低,因此从节能角度考虑,三步循环法优于四步循环法。

图4　(NH +4、K +)、(Cl -、NO -3)、H 2O 体系25℃等水线相图

(3)若直接用半成品NH 4NO 3溶液生产K NO 3,

四步循环法则需将NH 4NO 3溶液中的水蒸发掉,需消耗一定能源,而三步循环法则可将NH 4NO 3溶液中的水作为补充系统循环所需水量部分。因此,三步循环法特别适合用于NH 4NO 3溶液生产,生产成本更低。

(4)三步循环法结晶向量区ABC 的面积较四步循环法向量区ABC D 较小,相同配盐量下单个循环产品产率较低,但由于相同配盐量下,三步循环法盐水系统中含水量较小,使得工业生产时设备可以配较多的原料,因而实际生产时设备产率并不会降低。

综上所述,三步循环法生产K NO 3比四步循环法更节能降耗,控制操作更为简单。而我国目前绝

1第31卷第4期海湖盐与化工

大多数企业均采用四步循环法生产,建议今后我国宜以开发采用三步循环法生产K NO 3工艺,以便更进一步简化工艺,降低生产成本。3　工艺流程与工艺条件311　工艺流程

经生产实践,我们确定三步循环法生产K NO 3工艺流程用方框图表示如图5所示,其工艺过程主要包括K NO 3冷却结晶与NH 4Cl 蒸发结晶

。

图5　三步循环法生产K NO 3工艺流程

312　K NO 3冷却结晶工艺条件

选定配料溶液浓度为56%,温度为100℃,结晶

温度为0℃。试验研究不同的K Cl 与NH 4NO 3摩尔比,结果表明,随着NH 4NO 3量增加,K NO 3产品中Cl 含量减小,但K NO 3结晶率(溶液K 转化为K NO 3百分率)下降,较合理配比为1∶

(114～116)。选定配料比K Cl ∶NH 4NO 3为1∶115,溶液温度为100℃,结晶温度为0℃。试验研究不同的溶液浓

度,结果表明,配料浓度越高,产品K NO 3中Cl -

含量增加,K NO 3结晶率增加。较合适的配料浓度为55%～60%。

选定配料比K Cl ∶NH 4NO 3为1∶115,配料浓度为58%,温度为100℃。试验不同K NO 3结晶温度,结

果表明,结晶温度越低,结晶率越高。当温度在25℃以下时,温度越低,K NO 3中Cl 含量将会增加,

故较合适的温度为15℃～25℃,此条件下K NO 3结晶率为48%～52%

313　NH 4Cl 蒸发结晶工艺条件

为了保证体系操作时平衡循环,故要求NH 4Cl

析出量应与K NO 3析出率基本等当量,即NH 4Cl 结晶率应控制在48%～52%。

选定配料比K Cl ∶NH 4NO 3为1∶115,配料浓度为58%,温度为100℃,结晶温度为20℃。再选定NH 4Cl

结晶温度为70℃,试验研究K NO 3结晶母液B 不同蒸发浓度,结果表明蒸发浓度越高,NH 4Cl 结晶率越高,其K 2O 含量也越高,要使NH 4Cl 结晶率与K NO 3结晶率相等,较合理的蒸发浓度为70%～75%。

上述实验中,控制蒸发浓度为70%,试验研究不同的NH 4Cl 结晶温度,结果表明,结晶温度越高,NH 4Cl 结晶率越高,同时NH 4Cl 中K 2O 含量急剧增

加,较合理的结晶温度为55℃～70℃。

4　结论

(1)用NH 4NO 3与K Cl 复分解法生产K NO 3可采用四步循环法与三步循环法。尽管目前国内较多采用四步循环法,但由于三步循环法更能节能降耗,控制操作较为简单,因此国内企业今后宜采用三步循环法生产作为主要方法。

(2)三步循环法较合理的工艺条件为:K Cl ∶NH 4NO 3配料摩尔比为1∶115,浓度为55%～58%,K NO 3结晶温度为15℃～20℃,NH 4Cl 蒸发浓度为70%～75%,NH 4Cl 结晶温度为55℃～70℃。

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卤水脱色新工艺

在由卤水生产白色镁盐(如,白色氯化镁)的过程中,需要脱色。与传统方法相比,新工艺使脱色成本降低了50%,脱色后原料中氯化镁浓度基本不变从而降低能耗,并且,设备投资少,环境友好,技术成熟。本研究室还拥有镁系物及镁系防火板材生产技术。

青岛海洋大学化工学院

海水资源研究室　王海增博士　139********

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